JP6168193B2

JP6168193B2 - 電子装置

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Application number: JP2016098377A
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Inventors: 篠田　悟史; 悟史篠田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date: 2017-07-26
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Description

本発明は、外部装置からワイヤレスで電力が伝送される電子装置に関する。

これまでに、携帯電子機器へワイヤレスで電力を伝送するシステムとして、磁界結合方式、または電界結合方式を用いたシステムが提案されている。磁界結合方式では、送電装置の一次コイルから受電装置の二次コイルへ磁界を利用して電力を伝送するシステムである。電界結合方式は、送電装置に受電装置を近づける（載置する）と、それぞれが有する電極同士が空隙を介して近接し、この二つの電極間に強い電界が形成され、この電極同士の電界結合を利用して電力を伝送するシステムである。

磁界結合方式、および電界結合方式の何れの場合であっても、一般的には送電装置と受電装置とは一対一の関係にある。複数の受電装置に対して同時に電力伝送を行えるようにするためには、例えば磁界結合方式の場合、送電装置の一次コイルに対して、複数の受電装置の二次コイルそれぞれが磁界結合するように、送電装置の一次コイルを大きくする必要がある。また、電界結合方式の場合、送電装置の電極に対して、複数の受電装置の電極それぞれが電界結合するように、送電装置の電極を大きくする必要がある。

特許文献１には、送電装置から電力が伝送され、かつ、別の装置へ電力を伝送できる受電装置に関する発明が開示されている。この特許文献１に記載の受電装置は、送電装置から交流電圧を受電し、それを直流電圧に変換して二次電池に充電すると共に、直流電圧を再度交流電圧に変換して、他の装置へ送電する。これにより、一つの送電装置から二つの受電装置に対して、電力を伝送できる。

米国特許出願公開第２０１３／００２６９８１号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の受電装置の場合、受電した交流電圧を直流電圧に変換し、再度交流電圧に変換する必要があるため、変換の際に損失が発生し、電力伝送効率が低下するといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、受電した電力を、伝送効率を低下させることなく他の装置へ送電できる電子装置を提供することにある。

本発明に係る電子装置は、外部からの電力を受電する入力部と、前記入力部が受電した電力を整流平滑して負荷に供給する供給回路と、前記入力部に電気的に接続され、前記入力部が受電した電力を外部へ送電する出力部と、前記入力部と前記供給回路とを接続または遮断し、かつ、前記入力部と前記出力部とを接続または遮断する切替手段と、前記切替手段を切り替え制御する制御手段と、を備え、前記入力部は、外部装置の外部側コイルと磁界結合する入力側コイルを有し、前記入力側コイルが前記外部側コイルと磁界結合することにより、励磁される電流を受電し、前記出力部は、前記入力側コイルに接続された出力側コイルを有する、ことを特徴とする。

この構成では、受電した電力を整流平滑して負荷へ供給すると共に、受電した電力を、整流平滑することなく、出力部から他の装置へ送電することができる。すなわち、他の装置へ送電する場合、一度変換した直流電力を、送電のために再度交流電力に変換する必要がないため、変換による損失が発生することがなく、伝送効率の低下を抑制できる。また、伝送効率を低下させることなく、磁界結合方式により、受電した電力を他の装置へ送電することができる。また、必要に応じて、負荷への電力供給と、他の装置への送電とを切り替えることができるため、受電した電力を有効利用できる。

前記制御手段は、前記入力部が受電する電力が、前記出力部および前記供給回路に交互に出力されるよう、前記切替手段を切り替え制御することが好ましい。

この構成では、電力を供給先へ供給する時間比率を調整することで、負荷へ供給する電力と、出力部へ供給する電力との分配比を調整できる。

前記供給回路は双方向入出力型であって、前記出力部に接続されていて、前記切替手段は、前記供給回路と前記出力部とを接続または遮断する、ことが好ましい。

この構成では、供給回路が電力を供給する負荷と、出力部とを接続または遮断できる。これにより、負荷が例えば二次電池である場合、その二次電池を電源として、出力部を介して、外部の装置へ送電できる。

前記切替手段は、前記供給回路および前記入力部の間に設けられた第１スイッチ、前記第１スイッチおよび前記入力部の接続点と前記出力部との間に設けられた第２スイッチ、ならびに、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続点と前記入力部との間に接続された第３スイッチ、を有することが好ましい。

この構成では、第１〜第３スイッチを切り替えることで、電子装置内での電力伝送経路を変更できる。例えば、入力部と出力部とを接続することで、入力部が受電した電力を、そのまま出力部へ供給できる。また、入力部と供給回路とを接続することで、受電した電力を負荷へ供給できる。このように、必要に応じて、適宜伝送経路を変更することで、効率よく電力伝送を行える。

本発明によれば、受電した電力を負荷へ供給すると共に、伝送効率を低下させることなく他の装置へ送電することができる。

図１は、実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システムを示す図である。図２は、送電装置に中継受電装置および受電装置を載置した状態の断面図である。図３は、実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図４は、ワイヤレス電力伝送システムの別の例を示す回路図である。図５は、ワイヤレス電力伝送システムの別の例を示す回路図である。図６は、実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図７は、実施形態３に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図８は、実施形態４に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図９は、送電装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。図１０は、中継受電装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。図１１は、実施形態４に係るワイヤレス電力伝送システムの変形例を示す図である。図１２は、磁界結合方式を用いた、実施形態５に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。

（実施形態１）
図１は実施形態１に係るワイヤレス電力伝送システムを示す図である。

本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０１は、送電装置１０１と、二つの受電装置２０１，３０１とを備えている。送電装置１０１は、一部を露出させて、例えば机などに埋設されている。受電装置２０１は、送電装置１０１の露出面に載置されると、送電装置１０１からワイヤレスで電力が伝送される。受電装置２０１は、例えばノート型ＰＣ、タブレット端末などが挙げられ、本発明の「電子装置」の一例である。

受電装置３０１は受電装置２０１に載置されると、送電装置１０１からの電力が、受電装置２０１を介して、受電装置２０１からワイヤレスで伝送される。すなわち、受電装置２０１は、送電装置１０１から受電装置３０１への電力伝送の中継装置として機能する。受電装置３０１は、例えば携帯電話機、携帯音楽プレーヤなど、受電装置２０１よりも小型で、受電装置２０１に載置できる電子機器が挙げられ、本発明の「外部装置」の一例である。なお、以下では、受電装置２０１は中継受電装置２０１と言う。

図２は、送電装置１０１に中継受電装置２０１および受電装置３０１を載置した状態の断面図である。

送電装置１０１は、アクティブ電極１１、パッシブ電極１２および高周波電圧発生回路ＯＳＣを備えている。高周波電圧発生回路ＯＳＣは、例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの交流電圧を発生する。その交流電圧は昇圧され、アクティブ電極１１およびパッシブ電極１２に印加される。アクティブ電極１１は平板状であって、中継受電装置２０１が載置される載置面に沿って設けられている。パッシブ電極１２は、送電装置１０１の筐体に沿って設けられ、かつ、高周波電圧発生回路ＯＳＣおよびアクティブ電極１１を囲んでいる。高周波電圧発生回路ＯＳＣおよびアクティブ電極１１をパッシブ電極１２で囲むことで、アクティブ電極１１などの高電圧部分からの不要輻射を抑制できる。

中継受電装置２０１は、アクティブ電極２１，２２、パッシブ電極２３，２４および負荷供給回路２５を備えている。アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３は、中継受電装置２０１を送電装置１０１に載置した際に、送電装置１０１の載置面と接する中継受電装置２０１の底面に沿って設けられている。そして、中継受電装置２０１を送電装置１０１に載置した場合、アクティブ電極２１はアクティブ電極１１に対向し、パッシブ電極２３はパッシブ電極１２に対向する。

アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４は、中継受電装置２０１の底面に対向する天面に沿って設けられている。そして、アクティブ電極２２はアクティブ電極２１に電気的に接続されている。また、パッシブ電極２４はパッシブ電極２３に電気的に接続されている。

なお、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４は、中継受電装置２０１の側面に設けられていてもよい。この場合、受電装置３０１は中継受電装置２０１の横（送電装置１０１が設けられた机の上）に載置されることになる。中継受電装置２０１の横に受電装置３０１を載置することで、送電装置１０１からの電力伝送中における中継受電装置２０１の使用の妨げとなることがなく、中継受電装置２０１を使用しつつ、中継受電装置２０１から受電装置３０１へ電力を伝送できる。

負荷供給回路２５は、アクティブ電極２１，２２およびパッシブ電極２３，２４に接続されている。負荷供給回路２５は、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧を昇圧および整流平滑して、負荷へ供給する。負荷は、例えば、中継受電装置２０１内の二次電池である。送電装置１０１において、アクティブ電極１１およびパッシブ電極１２に交流電圧が印加されると、アクティブ電極１１，２１、およびパッシブ電極１２，２３それぞれが容量結合する。これにより、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に交流電圧が誘起される。負荷供給回路２５は、その交流電流を整流平滑して負荷へ供給する。

受電装置３０１は、アクティブ電極３１、パッシブ電極３２および負荷供給回路３３を備えている。受電装置３０１が中継受電装置２０１の天面に載置される際、その天面に接する受電装置３０１の背面に沿って、アクティブ電極３１およびパッシブ電極３２は設けられている。受電装置３０１の背面とは、例えば受電装置３０１が液晶画面を有する携帯電話機である場合、液晶画面が設けられた前面に対向する面である。受電装置３０１を中継受電装置２０１に載置した場合、アクティブ電極３１はアクティブ電極２２に対向し、パッシブ電極３２はパッシブ電極２４に対向する。パッシブ電極３２は、受電装置３０１の筐体に沿って設けられ、かつ、負荷供給回路３３およびアクティブ電極３１を囲んでいる。負荷供給回路３３およびアクティブ電極３１をパッシブ電極３２で囲むことで、アクティブ電極３１などの高電圧部分からの不要輻射を抑制できる。

負荷供給回路３３は、アクティブ電極３１およびパッシブ電極３２に接続されている。負荷供給回路３３は、アクティブ電極３１およびパッシブ電極３２に誘起される交流電圧を昇圧および整流平滑して、負荷へ供給する。負荷は、例えば、受電装置３０１内の二次電池である。中継受電装置２０１において、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に交流電圧が誘起されると、その交流電圧は、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に接続しているアクティブ電極２２およびパッシブ電極２４に印加される。そして、アクティブ電極２２，３１、およびパッシブ電極２４，３２それぞれが容量結合する。これにより、アクティブ電極３１およびパッシブ電極３２に交流電圧が誘起され、負荷供給回路３３は、その交流電流を整流平滑して負荷へ供給する。

すなわち、送電装置１０１から中継受電装置２０１へ電力伝送した際には、中継受電装置２０１を介して受電装置３０１にも送電装置１０１からの電力が伝送される。このように、本実施形態では、一つの送電装置１０１から複数の装置２０１，３０１へ電力伝送できる。また、中継受電装置２０１に受電装置３０１を載置する（積み重ねる）ため、充電時における水平方向の必要な面積を小さくできる。

図３は、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０１の回路図である。図３は、中継受電装置２０１を送電装置１０１に載置し、受電装置３０１を中継受電装置２０１に載置した場合のワイヤレス電力伝送システム４０１の回路図である。

送電装置１０１のアクティブ電極１１およびパッシブ電極１２には、昇圧トランスＴ１およびインダクタＬ１による昇圧回路が接続されている。この昇圧回路は、高周波電圧発生回路ＯＳＣが発生した交流電圧を昇圧して、アクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間に印加する。図中の破線で示すキャパシタは、アクティブ電極１１とパッシブ電極１２との間に形成される浮遊容量であり、インダクタＬ１と共に共振回路を構成する。

中継受電装置２０１のアクティブ電極２１およびパッシブ電極２３は、載置した送電装置１０１のアクティブ電極１１およびパッシブ電極１２に間隙をおいて対向する。アクティブ電極１１およびパッシブ電極１２に交流電圧が印加されると、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３には、容量結合により交流電圧が誘起される。アクティブ電極２１とパッシブ電極２３とには、降圧トランスＴ２およびインダクタＬ２による降圧回路が接続されていて、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧は、この降圧トランスＴ２により降圧される。また、降圧トランスＴ２の二次側には負荷回路ＲＬ１が接続されている。この負荷回路ＲＬ１は、整流平滑回路および二次電池で構成されていて、降圧された交流トランスを整流平滑して二次電池を充電する。

また、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３には、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４が接続されている。アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４には、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起された交流電圧が、整流平滑されることなくそのまま供給される。したがって、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４を介して受電装置３０１へ電力伝送する際、中継受電装置２０１において、受電した電力の直流−交流変換が行われることがないため、変換による損失が生じることがなく、中継受電装置２０１から受電装置３０１への電力伝送効率の低下を防止できる。

受電装置３０１のアクティブ電極３１およびパッシブ電極３２は、載置した中継受電装置２０１のアクティブ電極２２およびパッシブ電極２４に間隙をおいて対向する。中継受電装置２０１のアクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に交流電圧が誘起されると、その交流電圧は、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４に印加される。そして、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４に対向するアクティブ電極３１およびパッシブ電極３２と容量結合し、アクティブ電極３１およびパッシブ電極３２にも交流電圧が誘起される。

このアクティブ電極３１およびパッシブ電極３２には、負荷供給回路３３が接続されている。この負荷供給回路３３は、降圧トランスＴ３およびインダクタＬ３による降圧回路を有している。アクティブ電極３１およびパッシブ電極３２に誘起される交流電圧は、この降圧トランスＴ３により降圧される。また、負荷供給回路３３は、降圧トランスＴ３の二次側に接続された負荷回路ＲＬ２を有している。この負荷回路ＲＬ２は、整流平滑回路および二次電池で構成されていて、降圧された交流トランスを整流平滑して二次電池を充電する。

以上のように、本実施形態のワイヤレス電力伝送システム４０１は、送電装置１０１からの電力を中継受電装置２０１へ伝送しつつ、中継受電装置２０１を介して受電装置３０１にも伝送することができる。これにより、中継受電装置２０１および受電装置３０１の二つの装置の二次電池を同時に充電することができる。また、中継受電装置２０１は、送電装置１０１から受電した交流電圧を直流電圧に変換し、再度交流電圧に変換することなく、受電した交流電圧をそのまま受電装置３０１へ送電するため、変換による損失を低減でき、効率のよい電力伝送が可能となる。

さらに、本実施形態のワイヤレス電力伝送システム４０１は、受電装置３０１を中継受電装置２０１に鉛直方向に重ねて載置する構成であるため、平面方向における装置の載置面積が大きくなることを防止できる。

また、中継受電装置２０１と受電装置３０１とを同時に充電している場合、例えば中継受電装置２０１の二次電池が満充電になると、負荷回路ＲＬ１はハイインピーダンスとなる。このため、送電装置１０１から伝送される電力は受電装置３０１にのみ伝送され、受電装置３０１の二次電池が充電される。このように、一方の装置の二次電池が満充電となっても、他方の装置に電力を伝送し続けることができる。

なお、中継受電装置２０１は、送電装置１０１から受電した電圧を、受電装置３０１とは異なる別の装置へ送電（充電）する構成であってもよい。

図４および図５は、ワイヤレス電力伝送システム４０１の別の例を示す回路図である。図４に示す例では、中継受電装置２０１は電力出力回路２６１を備えている。この電力出力回路２６１は、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に接続されていて、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧を、降圧し、整流平滑する。この電力出力回路２６１の出力側は、例えばＵＳＢ端子２６２に接続されており、電力出力回路２６１は、このＵＳＢ端子２６２に接続された外部装置５０１へ直流電圧を出力する。外部装置５０１は、充電回路５１により、例えば降圧して二次電池５２を充電する。

また、図５に示す例では、外部装置５０１は、中継受電装置２０１から磁界結合により電力が伝送される。中継受電装置２０１の電力出力回路２６１は、トランス２６３の一次巻線に接続されている。また、外部装置５０１の充電回路５１は、トランス２６３の二次巻線に接続されている。そして、中継受電装置２０１のアクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に交流電圧が誘起されると、トランス２６３を介して外部装置５０１にも電力が伝送される。この場合、中継受電装置２０１から外部装置５０１へ、ワイヤレスで電力伝送を行える。

（実施形態２）
図６は、実施形態２に係るワイヤレス電力伝送システム４０２の回路図である。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０２は、送電装置１０１、中継受電装置２０２および受電装置３０１を備えている。送電装置１０１および受電装置３０１は、実施形態１と同様であるため説明は省略する。

中継受電装置２０２はトランスＴ４を備えている。トランスＴ４の一次巻線は、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に接続され、二次巻線は、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４に接続されている。アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧は、トランスＴ４を介してアクティブ電極２２およびパッシブ電極２４に印加される。すなわち、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４には、トランスＴ４の巻数比に応じた電圧が印加される。例えば、トランスＴ４の巻数比が大きくなるほど、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４に印加される電圧は高くなる。

また、トランスＴ４の二次巻線はタップを有し、そのタップには負荷供給回路２５が接続されていて、タップの位置に応じて、トランスＴ４の二次巻線に誘起される交流電圧の分圧が負荷供給回路２５に供給される。

このように、本実施形態では、トランスＴ４の巻数比およびタップ位置を調整することで、中継受電装置２０２と受電装置３０１とに分配する電圧を調整することができる。

（実施形態３）
図７は、実施形態３に係るワイヤレス電力伝送システム４０３の回路図である。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０３は、送電装置１０１、中継受電装置２０３および受電装置３０１を備えている。実施形態１では、送電装置１０１から送電された電力を、中継受電装置２０１と受電装置３０１との両装置に同時に伝送しているのに対し、本実施形態では、送電装置１０１から送電された電力を、中継受電装置２０３と受電装置３０１とに交互に伝送する点で実施形態１と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、送電装置１０１および受電装置３０１は、実施形態１と同様であるため説明は省略する。

中継受電装置２０３は、実施形態１に係る中継受電装置２０１（図３参照）の構成に加え、アクティブ電極２１と負荷供給回路２５との間に接続されたスイッチ素子Ｓ１と、アクティブ電極２１，２２の間に接続されたスイッチ素子Ｓ２とを備えている。スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２は、不図示の制御回路により駆動信号が入力され、交互にオンオフする。換言すれば、中継受電装置２０３では、送電装置１０１からの電力伝送経路が時分割により切り替えられる。

スイッチ素子Ｓ１がオン、スイッチ素子Ｓ２がオフのとき、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される電圧は負荷供給回路２５へ供給される。一方、スイッチ素子Ｓ１がオフ、スイッチ素子Ｓ２がオンのとき、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される電圧は、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４へ供給される。このスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２のオンデューティ比を調整することで、負荷供給回路２５、ならびに、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４への電力分配比を調整することができる。

このように、本実施形態では、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２のオンデューティ比を調整することで、中継受電装置２０３と受電装置３０１とに分配する電力を調整することができる。

（実施形態４）
図８は、実施形態４に係るワイヤレス電力伝送システム４０４の回路図である。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０４は、送電装置１０４、中継受電装置２０４および受電装置３０４を備えている。本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０４は、送電装置１０４から、中継受電装置２０４のみ、受電装置３０４のみ、または両装置同時に電力を伝送することができる。さらに、中継受電装置２０４の二次電池に充電された電圧を電源として、中継受電装置２０４から受電装置３０４へ電力伝送できる。すなわち、中継受電装置２０４は受電装置３０４に対する送電装置としても機能する。

送電装置１０４は制御回路１３を備えている。制御回路１３は、高周波電圧発生回路ＯＳＣを駆動制御して、送電開始または停止を行う。また、制御回路１３は通信機能を備え、後述の中継受電装置２０４の制御回路２７および受電装置３０４の制御回路３４と無線通信する。

受電装置３０４は制御回路３４を備えている。制御回路３４は、負荷回路ＲＬ２が有する二次電池が満充電か否かを検知する。制御回路３４は通信機能を備え、送電装置１０４の制御回路１３、および後述の中継受電装置２０４の制御回路２７と無線通信する。

なお、各制御回路同士は、無線通信以外に、電力伝送経路を利用して、データ変調信号を重畳することで通信を行うようにしてもよい。

中継受電装置２０４は、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に接続された負荷供給回路２８を備えている。負荷供給回路２８は双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２８Ａを備えている。この双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２８Ａは、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧を昇圧および整流平滑するキャパシタＣ１およびインダクタＬ４と、４つのＭＯＳ−ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４と、負荷回路ＲＬ１へ供給される電圧を平滑するキャパシタＣ２とを備えている。

双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２８Ａは、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４をスイッチング制御することで、双方向へのＡＣ−ＤＣ変換を行う。すなわち、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される電圧を負荷回路ＲＬ１へ供給することができ、かつ、負荷回路ＲＬ１の二次電池の電圧を、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４へ供給することができる。

また、中継受電装置２０４は、実施形態３と同様、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２を備え、さらに、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の接続点とアクティブ電極２１との間に接続されたスイッチ素子Ｓ３を備えている。さらに、中継受電装置２０４は、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をスイッチング制御する制御回路２７を備えている。

中継受電装置２０４では、制御回路２７がスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ３をスイッチング制御することで、中継受電装置２０４での電力伝送経路を４つの充電状態に切り替えられる。スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ３がオンの場合、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧は、負荷供給回路２８、ならびに、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４の両方に供給される（充電状態１）。スイッチ素子Ｓ１，Ｓ３がオン、スイッチ素子Ｓ２がオフの場合、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧は、負荷供給回路２８のみに供給される（充電状態２）。スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３がオン、スイッチ素子Ｓ１がオフの場合、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧は、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４のみに供給される（充電状態３）。スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２がオン、スイッチ素子Ｓ３がオフの場合、負荷回路ＲＬ１が有する二次電池の電圧が、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４に供給される（充電状態４）。

以下に、中継受電装置２０４での充電状態の切り替え時における、送電装置１０４、中継受電装置２０４および受電装置３０４それぞれでの動作について説明する。

図９は、送電装置１０４の制御回路１３の動作を示すフローチャートである。

制御回路１３は、送電装置１０４に中継受電装置２０４が載置されているか否かを判定する（Ｓ１）。具体的には、制御回路１３は、中継受電装置２０４の制御回路２７から送信されたｐｉｎｇを受信することで判定する。なお、中継受電装置２０４が載置されているか否かは、通信により判定する他に、例えば物体検知センサにより載置されたことを判定するようにしてもよい。

中継受電装置２０４が載置されている場合（Ｓ１，ＹＥＳ）、制御回路１３は、高周波電圧発生回路ＯＳＣを駆動し、中継受電装置２０４への送電を開始する（Ｓ２）。制御回路１３は、中継受電装置２０４に受電装置３０４が載置され、その受電装置３０４も中継受電装置２０４を介して充電されているか（電力伝送されているか）否かを判定する（Ｓ３）。制御回路１３は、中継受電装置２０４の制御回路２７からデータを受信することで、受電装置３０４の充電の有無を判定する。

受電装置３０４が充電されていない場合（Ｓ３，ＮＯ）、制御回路１３は、制御回路２７からデータを受信して、中継受電装置２０４の二次電池が満充電であるか否かを判定する（Ｓ４）。中継受電装置２０４の二次電池が満充電でない場合（Ｓ４，ＮＯ）、制御回路１３はＳ４の処理を再度実行する。中継受電装置２０４の二次電池が満充電である場合（Ｓ４，ＹＥＳ）、制御回路１３は、高周波電圧発生回路ＯＳＣを停止し、中継受電装置２０４への送電を停止する（Ｓ６）。

受電装置３０４も充電されている場合（Ｓ３，ＹＥＳ）、制御回路１３は、制御回路２７，３４からデータを受信することで、中継受電装置２０４および受電装置３０４の両装置の二次電池が満充電であるか否かを判定する（Ｓ５）。両装置の二次電池が満充電でない場合（Ｓ５，ＮＯ）、制御回路１３はＳ５の処理を実行する。両装置の二次電池が満充電の場合（Ｓ５，ＹＥＳ）、制御回路１３は、高周波電圧発生回路ＯＳＣを停止し、中継受電装置２０４への送電を停止する（Ｓ６）。

Ｓ７では、制御回路１３は、送電装置１０４の電源がオフされたか否かを判定し、電源がオフされた場合（Ｓ７，ＹＥＳ）、本処理を終了する。電源がオフされていない場合（Ｓ７，ＮＯ）、制御回路１３はＳ１の処理を実行する。

一方、Ｓ１の処理において、中継受電装置２０４が載置されてない場合（Ｓ１，ＮＯ）、制御回路１３は、受電装置３０４が送電装置１０４に載置されているか否かを判定する（Ｓ８）。この場合、中継受電装置２０４を介さず、送電装置１０４に受電装置３０４が直接載置された場合であり、制御回路１３は、受電装置３０４の制御回路３４へｐｉｎｇを送信することで、受電装置３０４が載置されているか否かを判定する。

受電装置３０４が載置されていない場合（Ｓ８，ＮＯ）、制御回路１３は処理を終了する。受電装置３０４が載置されている場合（Ｓ８，ＹＥＳ）、制御回路１３は高周波電圧発生回路ＯＳＣを駆動し、受電装置３０４への送電を開始する（Ｓ９）。そして、制御回路１３は、受電装置３０４の二次電池が満充電であるか否かを判定する（Ｓ１０）。満充電でない場合（Ｓ１０，ＮＯ）、制御回路１３はＳ１０の処理を繰り返し実行する。満充電の場合（Ｓ１０，ＹＥＳ）、制御回路１３は、中継受電装置２０４への送電を停止する（Ｓ１１）。

なお、中継受電装置２０４および受電装置３０４の二次電池が満充電であっても、送電装置１０４は送電を停止せず、送電し続けてもよい。

図１０は、中継受電装置２０４の制御回路２７の動作を示すフローチャートである。なお、この処理の実行開始時では、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３はすべてオフであるものとする。

制御回路２７は、中継受電装置２０４が送電装置１０４に載置されているか否かを判定する（Ｓ２１）。具体的には、上述したように、制御回路２７からｐｉｎｇを送信し、それを受信した制御回路１３からの応答を受信することで判定する。送電装置１０４に中継受電装置２０４が載置されている場合（Ｓ２１，ＹＥＳ）、制御回路２７は、自装置の二次電池が満充電であるか否かを判定する（Ｓ２２）。

満充電でない場合（Ｓ２２，ＮＯ）、制御回路２７は、受電装置３０４が中継受電装置２０４に載置されているか否かを判定する（Ｓ２３）。受電装置３０４が載置されている場合（Ｓ２３，ＹＥＳ）、制御回路２７は、その受電装置３０４の二次電池が満充電であるか否かを判定する（Ｓ２４）。受電装置３０４の二次電池が満充電でない場合（Ｓ２４，ＮＯ）、制御回路２７は、電力伝送経路を上述の充電状態１にする（Ｓ２５）。具体的には、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をオンにする。これにより、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧は、負荷供給回路２８、ならびに、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４の両方に供給される。すなわち、送電装置１０４からの電力は、中継受電装置２０４および受電装置３０４の両装置へ伝送される。

中継受電装置２０４に受電装置３０４が載置されていない場合（Ｓ２３，ＮＯ）、または、受電装置３０４の二次電池が満充電の場合（Ｓ２４，ＹＥＳ）、制御回路２７は、電力伝送経路を上述の充電状態２にする（Ｓ２６）。具体的には、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ３をオンにし、スイッチ素子Ｓ２をオフにする。これにより、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧は、負荷供給回路２８にのみ供給される。すなわち、送電装置１０４からの電力は、中継受電装置２０４のみへ伝送され、受電装置３０４へは伝送されない。

中継受電装置２０４の二次電池が満充電の場合（Ｓ２２，ＹＥＳ）、制御回路２７は、受電装置３０４が中継受電装置２０４に載置されているか否かを判定する（Ｓ２７）。受電装置３０４が載置されている場合（Ｓ２７，ＹＥＳ）、制御回路２７は、その受電装置３０４の二次電池が満充電であるか否かを判定する（Ｓ２８）。受電装置３０４の二次電池が満充電でない場合（Ｓ２８，ＮＯ）、制御回路２７は、電力伝送経路を上述の充電状態３にする（Ｓ２９）。具体的には、スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３をオンにし、スイッチ素子Ｓ１をオフにする。これにより、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される交流電圧は、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４のみに供給される。すなわち、送電装置１０４から中継受電装置２０４へ電力伝送された電力は、中継受電装置２０４を中継して、受電装置３０４へ伝送される。

受電装置３０４が載置されていない場合（Ｓ２７，ＮＯ）、または、受電装置３０４の二次電池が満充電の場合（Ｓ２８，ＹＥＳ）、制御回路２７は、全スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をオフにする（Ｓ３０）。なお、制御回路２７は、受電装置３０４が載置されていない中継受電装置２０４が満充電である場合、または、中継受電装置２０４および受電装置３０４の両装置の二次電池が満充電である場合、その旨の信号を送電装置１０４へ送信する。これにより、送電装置１０４では、送電が停止される。

Ｓ２１において、送電装置１０４に中継受電装置２０４が載置されていない場合（Ｓ２１，ＮＯ）、制御回路２７は、中継受電装置２０４に受電装置３０４が載置されているか否かを判定する（Ｓ３１）。受電装置３０４が載置されている場合（Ｓ３１，ＹＥＳ）、制御回路２７は、その受電装置３０４の二次電池が満充電であるか否かを判定する（Ｓ３２）。受電装置３０４の二次電池が満充電でない場合（Ｓ３２，ＮＯ）、制御回路２７は、電力伝送経路を上述の充電状態４にする（Ｓ３３）。具体的には、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２をオンにし、スイッチ素子Ｓ３をオフにする。これにより、負荷供給回路２８の二次電池に充電されている電圧は、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４へ供給される。すなわち、中継受電装置２０４の二次電池を電源として、中継受電装置２０４から受電装置３０４へ電力が伝送される。

受電装置３０４が載置されていない場合（Ｓ３１，ＮＯ）、または、受電装置３０４の二次電池が満充電の場合（Ｓ３２，ＹＥＳ）、制御回路２７は、全スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をオフにする（Ｓ３０）。

制御回路２７は、中継受電装置２０４の電源がオフされたか否かを判定し（Ｓ３４）、電源がオフされた場合（Ｓ３４，ＹＥＳ）、本処理を終了する。電源がオフされていない場合（Ｓ３４，ＮＯ）、制御回路２７は、Ｓ２１の処理を実行する。

なお、受電装置３０４の制御回路３４の動作を示すフローチャートは図示しないが、制御回路３４は、送電装置１０４の制御回路１３、または、中継受電装置２０４の制御回路２７から送信されたｐｉｎｇに応答し、また、受電装置３０４の二次電池の満充電である旨を制御回路１３，２７へ通知する動作を行う。

図１１は、実施形態４に係るワイヤレス電力伝送システムの変形例を示す図である。この例に示すワイヤレス電力伝送システム４０４Ａでは、負荷供給回路２９が、図８で示す負荷供給回路２８と相違する。負荷供給回路２９は、三端子スイッチ素子Ｓ４，Ｓ５と、昇圧回路２９１と、インバータ回路２９２と、降圧回路２９３と、整流回路２９４とを備えている。

三端子スイッチ素子Ｓ４は、昇圧回路２９１または降圧回路２９３を、スイッチ素子Ｓ１へ接続する。三端子スイッチ素子Ｓ５は、インバータ回路２９２または整流回路２９４を、負荷回路ＲＬ１へ接続する。三端子スイッチ素子Ｓ４，Ｓ５を切り替え、昇圧回路２９１をスイッチ素子Ｓ１へ接続し、インバータ回路２９２を負荷回路ＲＬ１へ接続することで、アクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に誘起される電圧を、負荷回路ＲＬ１へ供給することができる。また、降圧回路２９３をスイッチ素子Ｓ１へ接続し、整流回路２９４を負荷回路ＲＬ１へ接続することで、負荷回路ＲＬ１の二次電池の電圧を、アクティブ電極２２およびパッシブ電極２４へ供給することができる。

以上のように、実施形態４では、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ３を切り替えることで、中継受電装置２０４および受電装置３０４の二次電池を同時に充電できるだけでなく、何れか一方のみを充電できる。これにより、それぞれの装置２０４，３０４の二次電池を効率よく充電できる。また、中継受電装置２０４の二次電池の電圧を、受電装置３０４へ送電することができるため、送電装置１０４がない場所でも、受電装置３０４の二次電池を充電できる。

（実施形態５）
また、上述の各実施形態では、電界結合方式により、送電装置から中継受電装置、中継受電装置から受電装置へと電力伝送しているが、実施形態５に係るワイヤレス電力伝送システムは磁界結合方式を採用している。

図１２は、磁界結合方式を用いた、実施形態５に係るワイヤレス電力伝送システム４０５の回路図である。ワイヤレス電力伝送システム４０５は、送電装置１０５、中継受電装置２０５および受電装置３０５を備えている。

送電装置１０５は、実施形態１で説明したアクティブ電極１１およびパッシブ電極１２に代えて、高周波電圧発生回路ＯＳＣが発生した交流電圧が印加されるコイルｎ１１を備えている。中継受電装置２０５は、実施形態１で説明したアクティブ電極２１およびパッシブ電極２３に代えて、コイルｎ１２を備えている。このｎ１２は、送電装置１０５のコイルｎ１１と磁界結合する。また、中継受電装置２０５は、実施形態１で説明したアクティブ電極２２およびパッシブ電極２４に代えて、コイルｎ２１を備えている。受電装置３０５は、実施形態１で説明したアクティブ電極３１およびパッシブ電極３２に代えて、コイルｎ２２を備えている。このコイルｎ２２は、中継受電装置２０５のコイルｎ２１と磁界結合する。なお、他の構成は、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。

コイルｎ１１，ｎ１２が磁界結合することで、送電装置１０５から中継受電装置２０５へ電力が伝送される。また、コイルｎ２１，ｎ２２が磁界結合することで、中継受電装置２０５から受電装置３０５へ電力が伝送される。このように、磁界結合方式を用いたワイヤレス電力伝送システム４０５であっても、実施形態１と同様に、送電装置１０５からの電力を中継受電装置２０５へ伝送しつつ、中継受電装置２０５を介して受電装置３０５にも伝送することができる。

これにより、中継受電装置２０５および受電装置３０５の二つの装置の二次電池を同時に充電することができる。また、中継受電装置２０５は、送電装置１０５から受電した交流電圧を直流電圧に変換し、再度交流電圧に変換することなく、受電した交流電圧をそのまま受電装置３０５へ送電するため、変換による損失を低減でき、効率のよい電力伝送が可能となる。一方の装置の二次電池が満充電となっても、他方の装置に電力を伝送し続けることができる。

１１−アクティブ電極
１２−パッシブ電極
１３−制御回路
２１−アクティブ電極
２２−アクティブ電極
２３−パッシブ電極
２４−パッシブ電極
２５−負荷供給回路
３１−アクティブ電極
３２−パッシブ電極
２６１−電力出力回路
２６２−ＵＳＢ端子
２６３−トランス
２７−制御回路（制御手段）
２８−負荷供給回路
２８Ａ−双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ
３３−負荷供給回路
３４−制御回路
５１−充電回路
５２−二次電池
１０１，１０４−送電装置
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５−中継受電装置
３０１，３０４，２０５−受電装置
４０１，４０２，４０３，４０４，４０４Ａ，２０５−ワイヤレス電力伝送システム
ｎ１１−コイル（外部側コイル）
ｎ１２−コイル（入力側コイル、入力部）
ｎ２１−コイル（出力側コイル、出力部）
ｎ２２−コイル
Ｓ１−スイッチ素子（切替手段、第１スイッチ）
Ｓ２−スイッチ素子（切替手段、第２スイッチ）
Ｓ３−スイッチ素子（切替手段、第３スイッチ）
Ｓ４，Ｓ５−三端子スイッチ素子
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４−ＭＯＳ−ＦＥＴ

Claims

外部からの電力を受電する入力部と、
前記入力部が受電した電力を整流平滑して負荷に供給する供給回路と、
前記入力部に電気的に接続され、前記入力部が受電した電力を外部へ送電する出力部と、
前記入力部と前記供給回路とを接続または遮断し、かつ、前記入力部と前記出力部とを接続または遮断する切替手段と、
前記切替手段を切り替え制御する制御手段と、
を備え、
前記入力部は、外部装置の外部側コイルと磁界結合する入力側コイルを有し、前記入力側コイルが前記外部側コイルと磁界結合することにより、励磁される電流を受電し、
前記出力部は、前記入力側コイルに接続された出力側コイルを有し、
前記制御手段は、
前記入力部から受電する電力が前記出力部および前記供給回路に交互に出力されるように前記切替手段を切り替え制御し、さらに、前記切替手段のオンデューティ比の調整によって前記出力部および前記供給回路への電力分配比を調整する、
電子装置。
前記供給回路は双方向入出力型であって、前記出力部に接続されていて、
前記切替手段は、前記供給回路と前記出力部とを接続または遮断する、
請求項１に記載の電子装置。
前記切替手段は、
前記供給回路および前記入力部の間に設けられた第１スイッチ、
前記第１スイッチおよび前記入力部の接続点と前記出力部との間に設けられた第２スイッチ、ならびに、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続点と前記入力部との間に接続された第３スイッチ、
を有する、請求項２に記載の電子装置。